《新型分离技术》课件—01绪论

2020年12月11日
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新型分离技术开拓与发展的 必要性
• 科技发展与探索的需求 （新材料、新产品、新工艺）
• 资源利用与清洁生产的需求 （节能、增产）
• 生态环境保护的需求 （环保与综合利用）
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科技发展与探索的需求
• 随着现代生产和科学技术的飞速发展，人民 生活水平的逐步提高，对分离技术提出了越 来越高的要求。 典型例：
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生态环境保护的需求
• 我国的环境状况：
• 废、污水排放总量约占世界10％以上，国 民生产总值约占世界的3％；
• 空气中易吸入颗粒物（PM2.5）、二氧化硫 、VOCs、温室气体等的大幅度或成倍超标 ，对大气造成了极为严重的污染；
• 固体废弃物堆积量已超过60亿吨，占地约 75万亩。
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• 在工业规模上，通过适当的技术与装备，耗费 一定的能量或分离剂来实现混合物分离的过程 称为分离工程。
• 分离工程通常贯穿在整个生产工艺过程中，是 获得最终产品必不可少的一个重要环节。
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工业生产过程中的地位
在化工生产过程中，分离方面的基建投 资通常占50～90％，所消耗的能量也往 往占绝大部分，例如：
1. 半导体工业中所需的高纯度气体氩、氦及半 导体材料硅和锗等；
2. 天然铀矿中U235仅为0.7％左右，扩散、膜分 离、高速离心分离；
3. 航天领域的载人空间飞行器及空间站舱内空 气 活的 废净 水化 的、 再利CO用2的等去。除、饮用水的制备及生
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资源利用与清洁生产需求
初馏 蒸馏 精馏
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无水酒精的制取方法
• 恒沸精馏 • 加盐精馏 • 离子交换 • 分子筛吸附 • 渗透汽化
收率 82～90％ 残留物多 收率：89～96％ 残留物少
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例2 合成氨生产工艺
焦炭、空气→造气 →除尘、脱硫 →变换→ 脱碳、 脱硫→压缩 →合成 →合成氨（其中弛放气回收）
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谷氨酸提取方法
• 等电点法：收率60～70，母液含1.8％ • 离子交换法：工艺长、占地大、耗酸碱、
废液多，操作严、提取率高 • 盐酸盐法：收率85％，Zn污染环境 • 金属盐法：锌、钙盐法，国内未采用 • 电渗析法：提取率85％，酸碱用量减半
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分离技术与日常生活
• 洗脸、刷牙的自来水、饮用的纯净水大多通 过对来自江河湖海的水处理后获得的；
脱CO：铜氨液吸收 脱CO2： 热碳钾法、甲醇法 弛放气回收：（膜分离法）
增产5％， 节能0.58×106kJ/吨
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例 3 离子膜法电解制液碱
隔膜法 NaOH 50 Na2CO3 0.09 NaCl 1.0-1.2
汞法 50 0.03 0.003
离子膜法 50 0.04 0.005
• 待分离的混合物可以是原料、中间产物或废弃 物料，制得产物的组成依需求而定，仍然可以 是混合物，也可以为纯度极高的单体。
2020年12月11日ຫໍສະໝຸດ 3分离的作用与意义
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分离技术及其在过程工程中的意义
• 分离技术系指利用物理、化学或物理化学等基 本原理与方法将某种混合物分成两个或多个组 成彼此不同的产物的一种手段。
• 及时去除空气中气溶胶（PM2.5颗粒物）、易挥 发有机物（VOCs）、降低NOX、SO2、CO和 CO2等均需要快速有效的新型分离技术。
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分离技术与人类健康、保健
• 人工肾→筛分透析脱出尿酸→血液透析；
• 人工肺→供氧和去除CO2→血液氧合； • 人工肝→ 置换及吸附→血液脱毒。
投资
100
95.5
80.0
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例4 谷氨酸生产
（蛋白质水解、合成、发酵法）
(C6 H12O5 )n 水解（水解酶）（C12 H O 22 12 ) 糖化(糖化酶）（C6 H12O6 ) 发酵（谷氨酸)
发酵液提取： 等电点提取→离心分离→ 中和脱色→真空 结晶 →干燥
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绪论
• 分离技术定义 • 分离的作用与意义 • 分离过程的分类 • 新型分离技术进展 • 本课程教学方案
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分离技术定义
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分离技术的定义
• 二种或多种物质的混合是一个自发过程，而要 将混合物分开或将其变成产物，必须采用适当 的分离手段（技术）并耗费一定的能量或分离 剂。
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常规分离技术改良与新型分离技术 的产生
• 促使一些常规分离技术，如蒸馏、吸收、 萃取、吸附、结晶等不断改进和发展，更 使一些特色明显的新型分离技术，如膜分 离、泡沫分离、超临界流体萃取、印迹分 离，以及集成技术等得到重视和开发。
1. 在聚乙烯生产过程中，精制所消耗的能 量占总能量的94％；
2. 在醋酸生产中，精制所消耗的能量为总 能耗的98％。
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例1 酒精生产工艺 （薯干发酵法、乙烯直接合成）
(C6 H12O5 )n 蒸煮（淀粉酶）（C12H O 22 12 ) 糖化(糖化酶）（C6 H12O6 ) 发酵（C2H5OH CO2 )
• 人类赖以生存的三大资源：能源、水、矿物
• 可再生资源生产能源产品，例如，农副产品纤维素 分解发酵生产酒精、玉米芯生产木糖醇等；
• 能源的危机促使人们对工业过程中的能耗技术进行 改造等；
• 在沿海城市，利用充足的海水资源，进行苦咸水脱 盐、海水淡化将是缓解沿海城市缺水的主要途径之 一。
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• 食用的果汁、生啤、白糖、食盐等分别通过 蒸发、膜滤、结晶、电渗析等方法制得；
• 汽车所用的汽油、煤油等都是通过对原油加 氢反应除去硫磺并经分馏制得。
• ……
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分离技术与环境保护作用
• 加油站在汽车加油过程中释放的汽油，有机溶剂 在储运过程中的挥发；
• 由汽车排放的尾气、旅游大巴放出的黑烟、氮氧 化合物，喷气机喷出的白雾等，造成了严重的空 气污染。
•
调节人体平衡、维持生活、延长寿命
2020年12月11日
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分离技术与能源再生利用
• 按当前年消耗量，化石燃料难以持久： 除煤可维持二三百年外，核能铀在内的其 它能源，只有六十年左右的用量，开发新 能源与提高利用率成为必要。
• 如贫矿铀的富集新技术、氢能源开发、燃 料电池的应用、风能与水能的利用等均需 要有高效而经济的分离技术。